指紋檢測(cè)電路及其電容式指紋傳感器、移動(dòng)終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種指紋檢測(cè)電路，包括陣列排列的多個(gè)檢測(cè)單元，其特征在于，還包括求和單元，所述檢測(cè)單元包括第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元，所述第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與所述第一檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)。本發(fā)明公開的指紋檢測(cè)電路，選擇至少一個(gè)檢測(cè)單元作為抵消單元，將其他檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與該檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了基底信號(hào)的消除能力，進(jìn)一步提高了指紋識(shí)別精度。
【專利說(shuō)明】指紋檢測(cè)電路及其電容式指紋傳感器、移動(dòng)終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及身份識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種指紋檢測(cè)電路及其電容式指紋傳感器、移動(dòng)終端。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，移動(dòng)銀行、手機(jī)錢包、網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物等電子商務(wù)業(yè)務(wù)在智能移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用日趨廣泛。相對(duì)的，公眾對(duì)于集成的電子元器件性能以及網(wǎng)絡(luò)信息安全的要求也越來(lái)越高。指紋由于具有唯一性和穩(wěn)定性而使其成為個(gè)人身份識(shí)別的一種有效手段。指紋傳感器有很多種類型，目前主流的有三種類型:光學(xué)取像指紋傳感器、晶體電容式(或者壓感式)指紋傳感器和超聲波取像指紋傳感器。光學(xué)設(shè)備取像是利用全反射原理并使用CCD器件來(lái)獲取指紋圖像，效果較好、器件本身耐磨損但成本高、體積大，不適用于集成度要求很高的移動(dòng)終端上。超聲波取像直接掃描真皮組織，積累在皮膚表面的贓物或油脂對(duì)獲得圖像影響不大，但器件成本極高，目前沒有成熟的產(chǎn)品市場(chǎng)。晶體電容式指紋傳感器生產(chǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)，獲取圖像質(zhì)量比較好(可以通過軟件調(diào)整來(lái)改善增益的圖像質(zhì)量)且體積和功耗都比較小，成本相對(duì)于另兩種傳感器低廉很多。
[0003]晶體電容式指紋傳感器包括陣列排布的多個(gè)檢測(cè)單元，當(dāng)手指觸摸檢測(cè)單元時(shí)，指紋單元相當(dāng)于電容器的陽(yáng)極，手指的皮膚變成了電容另一極，手指的紋路深淺(即手指的“峰”和“谷”)與檢測(cè)單元的實(shí)際距離不同，電容(或電感)也不同，根據(jù)該原理可檢測(cè)到手指的紋路深淺形成指紋圖像。指紋檢測(cè)系統(tǒng)中常用的指紋檢測(cè)電路如圖1所示，來(lái)自手指的輸入信號(hào)VIN_1和來(lái)自高精度信號(hào)源的抵消信號(hào)VCAN同時(shí)輸入到指紋檢測(cè)單元，檢測(cè)單元的輸出信號(hào)VPXL_1中，虛線部分為代表指紋信息的有用信號(hào)幅度，實(shí)線部分為基底信號(hào)幅度。這種方法的問題在于，首先，高精度信號(hào)源輸出VCAN的幅度無(wú)法跟隨可能動(dòng)態(tài)變化的VIN_1 (這是因?yàn)閂IN_1?VIN_n由手指和指紋檢測(cè)單元之間的耦合電容大小決定，這個(gè)電容是可能動(dòng)態(tài)變化的)，所以VPXL_1的信號(hào)幅度中仍可能包含相當(dāng)一部分的基底信號(hào)幅度，經(jīng)過放大器之后的最終輸出信號(hào)V0UT_1中也是一樣。其次，假設(shè)在VIN_1固定的情況下，要獲得理想的基底消除效果，對(duì)于高精度信號(hào)源的指標(biāo)要求很高，在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)源會(huì)消耗更多的成本和功耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種指紋檢測(cè)電路及其電容式指紋傳感器、移動(dòng)終端，提聞了基底/[目號(hào)的消除能力，進(jìn)一步提聞了指紋識(shí)別精度。
[0005]為達(dá)以上目的，本發(fā)明提出一種指紋檢測(cè)電路，包括陣列排列的多個(gè)檢測(cè)單元和求和單元，所述檢測(cè)單元包括第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元，所述第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與所述第一檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)。
[0006]一實(shí)施例中，所述第二檢測(cè)單元與所述求和單元的正相輸入端連接，所述第一檢測(cè)單元與所述求和單元的反相輸入端連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述的指紋檢測(cè)電路還包括第一放大器，所述第一放大器對(duì)所述求和單元輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。
[0008]優(yōu)選地，所述第一檢測(cè)單元的數(shù)量為一個(gè)。
[0009]—實(shí)施例中，所述檢測(cè)單兀包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容一端接手指的輸入信號(hào)，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第二電容連接在所述第二放大器的反相輸入端和正相輸入端之間；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器的輸出端；所述第二放大器的正相輸入端接地。
[0010]—實(shí)施例中，所述檢測(cè)單兀包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容和第二電容均一端接地，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端與所述第二放大器的輸出端連接；所述第二放大器的正相輸入端接手指的輸入信號(hào)。
[0011]一實(shí)施例中，所述求和單元包括第三放大器，所述第三放大器的正相輸入端與所述第二檢測(cè)單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測(cè)單元的輸出端連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述求和單元還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第一電阻連接在所述第一檢測(cè)單元的輸出端和所述第三放大器的反相輸入端之間；所述第二電阻連接在所述第二檢測(cè)單元的輸出端和所述第三放大器的正相輸入端之間；所述第三電阻一端與所述第三放大器的正相輸入端連接，另一端接地；所述第四電阻一端連接所述第三放大器的反相輸入端，另一端與所述第三放大器的輸出端連接。
[0013]同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種電容式指紋傳感器，包括指紋檢測(cè)面板；位于指紋檢測(cè)面板上的指紋檢測(cè)區(qū)域，指紋檢測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)有上述的指紋檢測(cè)電路。
[0014]再者，本發(fā)明還公開了一種移動(dòng)終端，包括上述的電容式指紋傳感器。
[0015]本發(fā)明公開的指紋檢測(cè)電路，選擇至少一個(gè)檢測(cè)單元作為抵消單元，將其他檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與該檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了基底信號(hào)的消除能力，進(jìn)一步提聞了指紋識(shí)別精度。
[0016]進(jìn)一步地，與采用高精度信號(hào)源的指紋檢測(cè)電路相比，求和電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，且容易實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電容式指紋傳感器的指紋檢測(cè)電路示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電容式指紋傳感器的指紋檢測(cè)電路示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式指紋傳感器的檢測(cè)單元分布示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式指紋傳感器的檢測(cè)單元電路示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式指紋傳感器的另一種檢測(cè)單元電路示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式指紋傳感器的指紋信號(hào)基底幅度示意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式指紋傳感器的一種求和單元電路示意圖。
[0024]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。

【具體實(shí)施方式】
[0025]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中電容式指紋傳感器包括指紋檢測(cè)面板，位于指紋檢測(cè)面板上的指紋檢測(cè)區(qū)域，指紋檢測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)有指紋檢測(cè)電路，如圖2所示，圖2為本發(fā)明提出的一種指紋檢測(cè)電路示意圖，該指紋檢測(cè)電路包括陣列排列的多個(gè)檢測(cè)單元以及求和單元、第一放大器Al。如圖3所示，本實(shí)施例中，從多個(gè)檢測(cè)單元中任意選擇其中一個(gè)(當(dāng)然也可以選擇多個(gè))作為第一檢測(cè)單元，剩余的檢測(cè)單元作為第二檢測(cè)單元，第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元的輸出端均與求和單元連接，求和單元將每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與第一檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)，然后由第一放大器Al對(duì)求和單元輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。
[0027]圖4和圖5給出了檢測(cè)單元的兩種具體電路。圖4中檢測(cè)單元包括第二放大器A2、第一電容Cs、第二電容Cp和第三電容Cf，其中Cs代表手指和指紋檢測(cè)單元之間的耦合電容，Cf為檢測(cè)單元內(nèi)部的反饋電容，Cp為檢測(cè)單元內(nèi)部的寄生電容。檢測(cè)單元檢測(cè)到指紋的谷時(shí)，Cs為最小值Csmin ;檢測(cè)單元檢測(cè)到指紋的峰時(shí),Cs為最大值Csmax。第一電容Cs—端接手指的輸入信號(hào)，另一端與第二放大器A2的反相輸入端連接。第二電容Cp連接在第二放大器A2的反相輸入端和正相輸入端之間。第三電容Cf 一端連接第二放大器A2的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器A2的輸出端。第二放大器A2的正相輸入端接地。
[0028]圖5中檢測(cè)單元包括第二放大器A2、第一電容Cs、第二電容Cp和第三電容Cf，其中Cs代表手指和指紋檢測(cè)單元之間的耦合電容，Cf為檢測(cè)單元內(nèi)部的反饋電容，Cp為檢測(cè)單元內(nèi)部的寄生電容。檢測(cè)單元檢測(cè)到指紋的谷時(shí)，Cs為最小值Csmin ;檢測(cè)單元檢測(cè)到指紋的峰時(shí)，Cs為最大值Csmax。第一電容Cs和第二電容Cp均一端接地,另一端與第二放大器A2的反相輸入端連接。第三電容Cf 一端連接所述第二放大器A2的反相輸入端，另一端與所述第二放大器A2的輸出端連接。第二放大器A2的正相輸入端接手指的輸入信號(hào)。
[0029]請(qǐng)參閱圖6所示，由于指紋的峰對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度最大，而指紋的谷對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度最小，可以認(rèn)為指紋的谷對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度即為基底幅度。為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)VIN_c正好為指紋的谷對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度。VPXL_1連接到求和單元的正相輸入端，VCAN連接到求和單元的負(fù)相輸入端，求和單元的輸出信號(hào)VSUM_1 = VPXL_1-VCAN,因此VSUM_1信號(hào)將只包含指紋信息的有用信號(hào)幅度，基底幅度被完全抵消掉。VSUM_1經(jīng)過第一放大器Al放大之后的信號(hào)V0UT_1即可使代表指紋信息的有用信號(hào)幅度得到盡可能的放大。
[0030]請(qǐng)參閱圖7所示，本實(shí)施例中求和單元包括第三放大器A3，第三放大器A3的正相輸入端與所述第二檢測(cè)單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測(cè)單元的輸出端連接。
[0031]進(jìn)一步地，求和單元還包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，第一電阻Rl連接在第一檢測(cè)單元的輸出端和第三放大器A3的反相輸入端之間。第二電阻R2連接在第二檢測(cè)單元的輸出端和第三放大器A3的正相輸入端之間。第三電阻R3—端與第三放大器A3的正相輸入端連接，另一端接地。第四電阻R4—端連接第三放大器A3的反相輸入端，另一端與第三放大器A3的輸出端連接。
[0032]下面按照常規(guī)的電路參數(shù)給出本發(fā)明電容式指紋傳感器的指紋檢測(cè)系統(tǒng)的基底消除電路中的計(jì)算說(shuō)明:
[0033]對(duì)于圖1中的常用電路而言，VCAN幅度為固定值，電路的傳遞函數(shù)為:
[0034]V0UT_1 = G2*VPXL_1 = G2*G1* (k*VIN_l_VCAN)
[0035]假設(shè)各個(gè)參數(shù)的數(shù)值為:放大器增益G2 = 10，檢測(cè)單元增益Gl = 5，耦合電容變化系數(shù)k = 1.01，手指信號(hào)幅度￥爪_1 = IV(有用指紋幅度占比1%，即VSIG=0.0IV，VBS = 0.99V, VIN_1 = VSIG+VBS),高精度信號(hào)源輸出幅度 VCAN = 0.99V,可算得 V0UT_1 = G2*Gl*(k*(VSIG+VBS)-VCAN) = G2*G1*(1.01*VSIG+0.01VBS)=50*1.01*VSIG+50*0.01*VBS = 0.505V+0.495V = IV。其中指紋幅度為 0.505V，基底幅度為0.495V。(經(jīng)消除后基底幅度由99%降低至49.5%。)
[0036]對(duì)于圖2本發(fā)明電容式指紋傳感器的指紋檢測(cè)系統(tǒng)的基底消除電路而言，電路的傳遞函數(shù)為:
[0037]V0UT_1 = G2*VSUM_1 = G2* (VPXL_1_VCAN) = G2*Gl*k* (VIN_l_VIN_c)
[0038]假設(shè)各個(gè)參數(shù)的數(shù)值為:第一放大器Al增益G2 = 10，檢測(cè)單元增益Gl = 5，耦合電容變化系數(shù)k = 1.01，手指信號(hào)幅度￥爪_1 = IV(有用指紋幅度占比1%，即VSIG =
0.01V, VBS = 0.99V, VIN_1 = VSIG+VBS)?？伤愕?br> [0039]V0UT_1 = G2*Gl*k*(VIN_l_VIN_c) = 0.505V
[0040]V0UT_1信號(hào)幅度全部為有用指紋幅度。(經(jīng)消除后基底幅度由99%降低至O %。)
[0041]在第一放大器Al的輸出電壓幅度一定的情況下，在本發(fā)明的指紋檢測(cè)系統(tǒng)的基底消除電路中，可以將第一放大器Al增益G2設(shè)置得更大，以獲取更大的有用指紋信號(hào)幅度，從而提高指紋識(shí)別精度。
[0042]本發(fā)明公開的指紋檢測(cè)電路，選擇至少一個(gè)檢測(cè)單元作為抵消單元，將其他檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與該檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)，提高了基底信號(hào)的消除能力，進(jìn)一步提高了指紋識(shí)別精度。相比現(xiàn)有采用高精度信號(hào)源的抵消電路，求和電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，且容易實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)。
[0043]同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種移動(dòng)終端，包括上述的電容式指紋傳感器。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不能因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種指紋檢測(cè)電路，包括陣列排列的多個(gè)檢測(cè)單元，其特征在于，還包括求和單元，所述檢測(cè)單元包括第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元，所述第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)與所述第一檢測(cè)單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算以消除每個(gè)第二檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的基底信號(hào)，得到包含指紋信息的有用信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述第二檢測(cè)單元與所述求和單元的正相輸入端連接，所述第一檢測(cè)單元與所述求和單元的反相輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，還包括第一放大器，所述第一放大器對(duì)所述求和單元輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述第一檢測(cè)單元的數(shù)量為一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述檢測(cè)單元包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容一端接手指的輸入信號(hào)，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第二電容連接在所述第二放大器的反相輸入端和正相輸入端之間；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器的輸出端；所述第二放大器的正相輸入端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述檢測(cè)單元包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容和第二電容均一端接地，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端與所述第二放大器的輸出端連接；所述第二放大器的正相輸入端接手指的輸入信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述求和單元包括第三放大器，所述第三放大器的正相輸入端與所述第二檢測(cè)單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測(cè)單元的輸出端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的指紋檢測(cè)電路，其特征在于，所述求和單元還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第一電阻連接在所述第一檢測(cè)單元的輸出端和所述第三放大器的反相輸入端之間；所述第二電阻連接在所述第二檢測(cè)單元的輸出端和所述第三放大器的正相輸入端之間；所述第三電阻一端與所述第三放大器的正相輸入端連接，另一端接地；所述第四電阻一端連接所述第三放大器的反相輸入端，另一端與所述第三放大器的輸出端連接。
9.一種電容式指紋傳感器，其特征在于，包括指紋檢測(cè)面板；位于指紋檢測(cè)面板上的指紋檢測(cè)區(qū)域，指紋檢測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)有權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的指紋檢測(cè)電路。
10.一種移動(dòng)終端，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的電容式指紋傳感器。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK104268530SQ201410515210
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】詹昶 申請(qǐng)人:深圳市匯頂科技股份有限公司